Свойства ферментов как биологических катализаторов

В настоящее время существует несколько теорий, объясняющих механизм действия ферментов. Однако всеми теориями признается, что ферменты обладают свойствами биологических катализаторов. [c.110]

СВОЙСТВА ФЕРМЕНТОВ КАК БИОЛОГИЧЕСКИХ КАТАЛИЗАТОРОВ [c.115]

Следовательно, глюкоза обладает всеми свойствами спиртов и альдегидов. Например, альдегидная группа может окисляться до карбонильной с образованием оксикислоты. Глюкоза имеет и свои специфические свойства, например брожение, т. ё. расщепление сахаров под влиянием ферментов (биологических катализаторов). Причем в зависимости от ряда ферментов при брожении могут получаться различные продукты. [c.356]

Химические реакции в клетке протекают при участии ферментов — биологических катализаторов. Особенность катализа, осуществляемого ферментами, состоит в том, что он высокоспецифичен (соединения, близкие по структуре к субстрату, не подвергаются превращениям), завершается без образования промежуточ- ных или побочных продуктов и превращает субстрат-только по одному пути ИЗ многих возможных. Химическая реакция, катализируемая ферментом, всегда регулируется. Регулируемость ферментов, наряду с их замечательными каталитическими свойствами, представляется решающим фактором, определившим то, что практически все процессы в биологических системах протекают при участии катализаторов белковой природы. [c.5]

Детальное изучение свойств катализаторов нового типа — хелатных полимеров, природы их каталитического действия необходимо для создания научных основ подбора катализаторов и предвидения каталитического действия. Одновременно такое исследование необходимо для создания новых высокоактивных катализаторов, работающих при низких температурах, с высокой селективностью, приближающихся по своим свойствам к биологическим катализаторам-ферментам. [c.223]

ЩИХСЯ между силикатными слоями. По этой причине глинистые почвы очень удобны для выращивания растений. Это же свойство позволяет использовать их в качестве носителей для металлических катализаторов. Один из распространенных катализаторов-платиновая чернь - представляет собой тонкоизмельченную металлическую платину, полученную осаждением из раствора. Каталитическая активность платиновой черни усиливается высокоразвитой поверхностью металла. Аналогичный эффект достигается путем осаждения металла-катализатора (N1 или Со) на поверхность глины. Атомы металла покрывают внутренние поверхности силикатных листов, а кристаллическая структура глины предотвращает слипание металла в бесполезную массу. Согласно предположению Дж. Бернала, первые каталитические реакции на ранних стадиях эволюции жизни, еще до появления биологических катализаторов (ферментов), могли протекать на поверхности глинистых минералов. [c.637]

Строение ферментов. По сравнению с неорганическими катализаторами ферменты имеют значительно более сложное строение. Каждый фермент содержит белок, которым и обусловлена высокая специфичность биологических катализаторов. По своему строению ферменты подразделяются на два больших класса однокомпонентные и двухкомпонентные. К однокомпонентным относятся ферменты, состоящие только из белковых тел, которые обладают каталитическими свойствами. У этих ферментов роль активных групп выполняют определенные химические группировки, входящие в состав белковой молекулы и получившие название активных центров. [c.168]

Практически все реакции в биохимических системах ускоряются биологическими катализаторами — ферментами. Их поразительная специфичность, разнообразие функций, высокая активность, связь с витаминами и металлами сделали этот класс веществ особенно привлекательным и для биохимиков и для исследователей в области биологической технологии, где свойства иммобилизованных ферментов нашли себе полезное применение. [c.347]

Функционально-ориентированный дизайн решает задачу синтеза соединений, которые должны обладать набором четко определенных, заранее заданных свойств. Здесь конечная цель состоит в оптимизации структуры целевого соединения с тем, чтобы добиться максимальной эффективности в выполнении им требуемой функции. Это могут быть такие важные физические свойства, как электропроводность (создание органических металлов) или способность образовывать жидкие кристаллы химические свойства, как, например, каталитическая активность, подобная активности биологических катализаторов (ферментов), или просто определенная реакционная способность, отвечающая тем или иным нуждам синтеза биологическая активность, в конечном счете направленная на лечение определенных болезней или на борьбу с насекомыми-вредителями. Здесь снова можно сказать, что все это — наиболее обычные задачи, с которыми органическая химия имела дело уже в течение столетия, задолго до появления термина молекулярный дизайн . Однако традиционный поиск полезных соединений ранее шел в основном методом проб и ошибок, а потому поглощал огромное количество труда и времени на синтез тысяч аналогов, необходимых для нахождения одного из них, отвечающего поставленной задаче. В настоящее время ясно обнаруживается тенденция двигаться в этой области гораздо более экономными путями. Достаточно часто еще в нача.те подобных проектов теперь применяют разнообразные методы молекулярного моделирования, позволяющее с разумной вероятностью установить тот набор структурных параметров, наличие которых должно обеспечить целевому соединению способность выполнять заданную функцию. Результаты первоначальных экспериментов используют далее для корректировки ис- [c.368]

Необыкновенным свойством ферментов является эффективность их каталитического действия. Катализируемые ферментами реакции протекают со скоростями, в 10 —10 раз большими, чем соответствующие некатализируемые реакции. Ферменты традиционно сравнивают с искусственными катализаторами, которые, как правило, в 10 — 10 раз менее эффективны для ускорения данной реакции, чем соответствующий фермент [730—732]. Кроме того, в отличие от экстремальных условий, часто необходимых для ускорения химических реакций в органической лаборатории, каталитическое действие ферментов достигается в водном растворе при биологических значениях pH и умеренных температурах и давлениях. [c.274]

Характеризуя ферменты как биологические катализаторы, необходимо отметить, что процессы брожения в живых клетках и при использовании ферментов в изолированном состоянии после выделения их из живой клетки качественно отличны друг от друга. Находясь в живом организме, белковые частицы — ферменты связаны с другими белковыми и небелковыми частями протоплазмы они участвуют в функциях целостного организма, что и создает иные условия для проявления их химических свойств. [c.145]

Из всего сказанного явствует, что ферменты как биологические катализаторы качественно отличаются от небиологических катализаторов. К этому следует добавить, что одним из важнейших свойств ферментов является то, что они не только ускоряют медленно идущие химические реакции, но и избирательно катализируют какой-либо один путь превращения субстрата из множества других термодинамически возможных. [c.119]

Физические и химические свойства. Моносахариды — бесцветные кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде, диметилформамиде, диметилсульфоксиде, сладкие на вкус, при нагревании разлагаются (карамелизуются). Присутствие нескольких различных функциональных групп, способность к таутомерным превращениям делают моносахариды реакционноспособными лабильными соединениями. Они вступают в химические реакции за счет полуацетального (гликозидного) гидроксила и за счет спиртовых групп. Кроме того, в некоторых реакциях они ведут себя как альдегиды или кетоны, т. е. реагируют в оксикарбонильной форме. Особенно чувствительны моносахариды к действию окислителей, кислот и щелочей при повышенной температуре, в результате чего происходят глубокие превращения и разрушение углеродного скелета. Важное биологическое и техническое значение имеют сложные и многообразные реакции, протекающие при участии биологических катализаторов — ферментов (например, брожение). [c.219]

Каждый фермент действует только на одно определенное вещество или на группу веществ, обладающих близкой структурой. Он осуществляет реакцию определенного типа, расщепляет связи определенной структуры. Это, может быть, наиболее характерное свойство фермента называется его специфичностью. Специфичность действия ферментов — важнейшее биологическое явление. Без него невозможен направленный обмен веществ в природе и, следовательно, сама жизнь. Биологические катализаторы не только регулируют скорость химических реакций в клетках, но определяют, какие вещества должны подвергнуться превращению. Взаимосвязанное действие ферментов как бы организует жизненные процессы, выбирает, вовлекает те или иные вещества в реакции и, кроме того, определяет из различных возможных путей тот необходимый, может быть, единственный путь, по которому должен идти процесс. Специфичность ферментов может выражаться по-разному. [c.57]

Остальные из названных выше элементов металлы. Каковы же их функции Какая роль, например, магния, для чего нужны организму калий и натрий, каковы функции ионов кобальта, сделавшие его необходимым для нормальной работы организма Не всегда удается дать исчерпывающие ответы на подобные вопросы. В дальнейшем мы изложим те сведения о роли ионов металлов в ферментных системах, которые могут считаться надежно установленными. Природа экономно использует металлы — их содержание в организмах невелико и ион каждого вида выполняет различные функции. Чаще всего они связаны с усилением действия биологических катализаторов или образованием специфических активных групп катализаторов — металлосодержащих ферментов. Известно, что металлы, как правило, входят в состав организмов в виде комплексных соединений. Так, железо с азотсодержащими веществами образует сложный комплекс — гем. Гем вступает во взаимодействие с белками, и в зависимости от того, с каким белком он соединился, получающееся вещество приобретает различные свойства. В одном случае получается превосходный переносчик кислорода — гемоглобин, в другом — фермент, разлагающий перекись водорода,— каталаза, в третьем — фермент пероксидаза и т. д. [c.10]

Важным общим свойством катализаторов является избирательность действия. Катализаторы обычно ускоряют особенно интенсивно одну какую-либо реакцию или группу реакций определенного типа. Биологические катализаторы — ферменты — обладают резко выраженной избирательностью и действуют специфически на очень [c.276]

Биологические функции белков исключительно разнообразны. Некоторые из них обладают свойствами гормонов, регулирующих различные процессы обмена веществ (например, инсулин несет ответственность за поддержание уровня сахара в крови) другие белки действуют как катализаторы (ферменты) биологических процессов и, наконец, ряд белков является биологическим строительным материалом (например, коллаген соединительных [c.81]

Цель занятия изучить ферменты как биологические катализаторы, их особенности, строение и свойства. [c.62]

Благодаря наличию третичной структуры белковая молекула обладает кооперативными свойствами, т. е. отвечает на внешнее воздействие как единое целое взаимодействия с окружающей средой, вызывающие изменения в одной части молекулы, приводят к конформационным изменениям во всех других ее частях, что имеет важнейшее биологическое значение. Так, регуляция активности ферментов — важного класса белков, выполняющих функции биологических катализаторов, осуществляется именно благодаря кооперативным свойствам. [c.69]

Важным общим свойством катализаторов является избирательность действия. Катализаторы обычно ускоряют особенно интенсивно одну какую-либо реакцию или группу реакций определенного типа. Биологические катализаторы — ферменты — обладают резко выраженной избирательностью и действуют специфически на очень узкий круг реакций. Избирательность (селективность) технических катализаторов выражена менее резко, чем биологических, и повышение избирательности составляет предмет постоянных исследований в области технического катализа. Введение малых количеств определенных веществ в состав катализатора часто повышает его активность (активаторы или промоторы) и улучшает избирательность. [c.351]

Несколько другой подход используется в опытах по изучению кинетики, избирательности, обратимости и других характеристик переноса ионов при нормальных физиологических условиях цель этих исследований состоит в изучении некоторых свойств системы транспорта. Подобные эксперименты вскоре привели к созданию концепции переносчиков как агентов, ответственных за перенос. (Этот подход совершенно аналогичен тому, который использовался на заре развития биохимии, когда задолго до определения химической природы ферментов ученые смогли доказать их существование и сделать заключения о способе их действия и многих других свойствах этих биологических катализаторов.) Предполагается, что переносчики представляют собой молекулы в мембране, обра- [c.265]

Биологические реакции идут только при определенных условиях при значениях pH, близких к нейтральному, и температурах, мало отличающихся от 300° К. Границы, в которых допустимы отклонения от этих условий, весьма узки. В органической химии для ускорения реакций их часто проводят в крайне кислотных или крайне щелочных условиях, применяя высокие температуры и мощные окислители или восстановители. В биологических системах, где между различными компонентами должно существовать тонкое равновесие, такие способы исключены, и быстрое достижение равновесия в нужный момент и в нужном месте обеспечивается участием катализаторов. Такие биокатализаторы называют ферментами. Они состоят либо целиком, либо в основном из белка. В состав небелковой части фермента могут входить металлические ионы и некоторые органические молекулы. Если последние обладают каталитической активностью, входя в активный центр фермента, их называют кофер-ментами. Небелковая часть фермента носит название простети-ческой группы. Как и все катализаторы, ферменты не изменяют условий равновесия, а лишь ускоряют достижение равновесия, обеспечивая ход реакции по более быстрому пути. Ферменты, как правило, высокоспецифичны, т. е. взаимодействуют только с одним или несколькими аналогичными соединениями, называемыми субстратами. Благодаря этому они ускоряют определенные реакции, не влияя на скорость других. Это свойство ферментов имеет существенное значение. Специфичность фер-мента, по-видимому, обусловлена его конформацией. [c.380]

Изучение свойств ферментов, разработка методов определения активности ферментов и, наконец, получение ферментов в чистом виде окончательно опровергли виталистические представления о ферментах, что создало широкие перспективы для развития ферментологии. Вместе с этим удалось выявить специфические особенности ферментов как биологических катализаторов, отличающие их от обычных катализаторов, являющихся чаще всего неор1 аническими веществами и иногда несложными по своей структуре органическими соединениями. Специфические особенности ферментов определяются их белковой природой. Коллоидальное состояние, большая чувствительность к изменениям температуры и разрушение при 80° и выше, строгая зависимость активности ферментов от концентрации водородных ионов отличают ферменты от обычных катализаторов, не относящихся к белкам. Однако самыми замечательными свойствами, характерными для биологических катализаторов — ферментов, является специфичность их действия и чрезвычайно высокая активность. Эти свойства позволяют считать ферменты идеальными катализаторами, играющими важную роль в процессах обмена веществ, лежащих в основе жизнедеятельности организмов. [c.176]

В книге описаны свойства важнейших биологических катализаторов-ферментов и механизмы их действия. Каталитические процессы в живой клетке рассмотрены на молекулярном уровне, уровне клеточных структур и в системе всего организма в це ом. Рассмотрена возможность искусственного создания моделей ферментов, а также общие вопросы биологической термодинамики и эвопюции. Кроме того, изложены общие свойства биологических катализаторов в связи с законами биологической и биохимической эволюции. Классификация ферментов. Модели ферментов. Принципы развития систем катализаторов. Динамические структуры. [c.783]

Все сказанное о замечательных свойствах ферментов объясняется тем, что селективность и активность катализаторов взаимосвязаны чем выше селективность катализатора, тем выше и его активность. Биологические катализаторы обладают уникальной селективностью, поэтому и активность их иаивыс-шая. Это обеспечивает огромную производительность человеческого организма в экстремальных условиях. [c.171]

Основная задача физической химии биокатализа состоит в выявлении некоторой общности причин, обуславливающих уникальные свойства биологических катализаторов. Может показаться, что постановка такой задачи слишком контрастирует с тем положением, которое господствовало в энзимологии еще несколько лет тому назад, когда, несмотря на обширные качественные сведения о специфичности действия многих сотен ферментов, мы не имели,— как отмечает Уиль-. ям Дженкс (1969),— ни в одном конкретном случае сколь либо детального или количественного представления о движущих силах катализа [11. Однако с тех пор благодаря усилиям ряда научных школ произошли существенные сдвиги. Хотя и трудно отдать предпочтение тем или иным методическим подходам, однако вряд ли можно оспаривать важность вклада, который в решение поставленной проблемы внесли кинетико-термодинамические исследования. Они приобрели особое значение, когдэ в результате рентгеновских исследований структуры кристаллических ферментов появилась возможность трактовать их результаты на молекулярном уровне. [c.3]

Ферментами или энзимами называются биологические катализаторы, образуемые клетками животных и растений. Общими свойствами ферментов являются их высокая каталитическая активность, специфичность действия, термолабильность и коллоидальный белковый характер. По-видимому, все ферменты — белки с высоким молекулярным весом. Свыше 70 ферментов получены в кристаллическом состоянии. Молекулярный вес кристаллического пепсина 35000, кристаллической лактодегидразы из сердца 135000, дегидразы глутаминовой кислоты из печени 1000000,. алкогольдегидразы из печени лошади 73000 и т. д. [c.249]

Ферменты сохраняют свои уникальные свойства (эффективность, специфичность действия) вне клеток, поэтому их традиционно широко применяют в практике. Биологические катализаторы нетоксичны, работают в мягких условиях, используют доступное сырье (в том числе и отходы), в связи с чем их применение в промьппленности вьпх)дно с экономической и экологической точек зрения. [c.72]

Современная энзимология представляет собой бурно развивающуюся науку. Ее достижения находят все более широкое применение в различных областях практической деятельности человека, н прежде всего в медицине и биотехнологии. В последние годы благодаря стремительному совершенствованию технической базы исследований и производства были выделены и подробнее охарактеризованы десятки новых ферментов, катализирующих самые разнообразные химические реакции. Очевидно, нет необходимости убеждать читателя в том, что по-настоящему эффективное практическое использование огромного объема фактических данных, накопленных в результате лабораторных исследований, невозможно без их всестороннего теоретического анализа и осмысления, без глубокого понимания принципов действия биологических катализаторов— ферментов. Здесь уместно напомнить, что уникальные свойства ферментных катализаторов — поразительная специфичность и огромная удельная активность — обусловливаются сочетанием сравнительно несложных закономерностей физической и физикоорганической химии. Ясно поэтому, что путь к свободному овладению фундаментальными представлениями науки о ферментах как мощным инструментом практической энзимологии лежит через постижение основ классического органического катализа. Главная цель предлагаемой вниманию советских читателей книги М. Бендера, Р. Бергерона и М. Ко-миямы как раз и состоит в том, чтобы помочь начинающим работать в области энзимологии преодолеть этот нелегкий путь. [c.5]

Интенсивное изучение биологических катализаторов дало возможность составить целостное представление об этих, по сути, наиболее важньгх структурах живой материй. В частности, было установлено, что все ферменты являются макромолекулами белковой природы. (Каталитическая активность специфичных полинуклеотидов, принимающих участие в сплайсинге РНК, является исключением, подтверждающим общее правило.) Первостепенное значение для функций ферментов имеет первичная структура, определяющая тип катализируемых реакций. Гидролиз пептидных связей трипсином или пепсином необратимо инактивирует ферменты. Для проявления каталитического действия большое значение имеет также нативность высших белковых структур (гл. 3). Обратимая денатурация является фактором подавления или восстановления ферментативной активности. Физико-химические свойства ферментов соответствуют таковым для белков, причем заряд играет существенное значение для каталитического акта. Молекулярные массы ферментов лежат в пределах от 10 до 1000 kDa и более, т. е. в большинстве случаев фермент по размерам гораздо больше, чем субстрат. [c.61]

Биологические функции белков исключительно разнооб разны. Некоторые из них обладают свойствами гормонов, ре гулирующих различные процессы обмена веществ (например инсулин поддерживает уровень сахара в крови) другие белкв действуют как катализаторы (ферменты) биологических про цессов, и, наконец, ряд белков является биологическим стро ительным материалом (например, коллаген соединительны тканей и кератин волос). Выше уже были упомянуты свойств гемоглобина млекопитающих как переносчика кислорода Функция некоторых белков крови заключается в обраЕэваниЕ антител, обусловливающих сопротивляемость к заболеваниям а так называемые нуклеопротеиды входят в качестве важной составной части в гены, которые несут наследственную инфор мадию и передают ее в процессе деления клетки. Вирусы, на пример вирус табачной мозаики, состоят из нуклеопротеидов заключенных в белковую оболочку. Структура многих вирусо настолько регулярна, что они могут быть получены в виде хо рошо образованных кристаллов. [c.512]

С использованием энергии сопряженного окисления нефти образуется в конечном счете и вся сложнейшая гамма соединений, входящих в состав живого вещества. Во всех этих и в других подобных случаях в живом ор-я анизме действуют биокатализаторы — ферменты. Некоторые из ферментов удалось выделить в индивидуальном виде с сохранением вне живого организма их специфического каталитического действия. Ферментативные препараты широко используются в пищевой и легкой промышленности и приобретают применение в медицине. Следовательно, для проявления каталитических свойств многих ферментов участие живого организма не требуется. Это показывает отсутствие принципиальных, непреодолимых границ между биологическим и обычным катализом, хотя пока в биокатализе господствуют органические катализаторы, а в обычном — неорганические, и по химическому строению и каталитическим свойствам ферменты сложнее и совершеннее. Нои эти различия смягчаются благодаря появлению новых классов органических и металлоорганичееких искусственных катализаторов. Это органические полимерные иониты и полупроводники, разноо бразные комплексы переходных металлов с органическими и неорганическими лигандами и т. д. Поэтому каталитические процессы, встречающиеся пока только в живом организме, можно надеяться осуществить в будущем с помощью искусственных катализаторов. Это же справедливо и для многих других реакций, пока не осуществленных ни в обычном, ни в биологическом катализе. [c.10]

В основе жизненных явлений — дыхания, питания, роста, размножения — лежат процессы химического превращения веществ, главным образом органической природы, входящих в состав живой клетки. Эти органические вещества (белки, углеводы, жиры), которые в организме претерпевают очень быстрые превращения, вне организма являются значительно более устойчивыми. Из этого следует, что вне организма эти вещества не встречаются с теми факторами, действие которых обусловливает их быстрое превращение. Эти факторы принадлежат к категории так называемых биологических катализаторов, ферментов или энзимов, систематическое исследование которых было начато болео ста лет тому назад и продолжается до сих пор. Несмотря на вековую исследовательскую работу, до сих пор мы о ферментах знаем очень мало, мало знаем о их химической природе, мало знаем о сущности их специфических свойств. С конца прошлого века, после того как школой Вильгельма Оствальда вопрос о ферментах был поставлен на почву катализа и коллоидной химии, почти все энзимо-логи обращали исключительное внимание па химическое и физико-химическое изучение ферментов, оставляя несколько в тени их действие в самом организме. Между тем действие фермента изолированного, более или менее очищенного, переведенного в водный раствор, т. е. действие того препарата, который мы получаем путем различных физико-химических операций, значительно отличается от действия того н<е фермента в живом организме. Как показали опыты А. И. Опарина, значительная часть каж- [c.135]

Уникальные свойства ферментов уже давно привлекают вннл1ание ученых из разных областей науки и техники. Однако широкое использование биологических катализаторов в качестве каталитических или регуляторных элементов в прикладной химии или физике, медицине стало возможным лишь в результате их иммобилизации на носнте.тях [18]. [c.214]

Ферментами (или энзимами) называют белки с каталитическими свойствами, или, более точно, специфические белки, которые находятся во всех клетках и тканях организмов и играют роль биологических катализаторов. Вещества, подвергаюпщеся под действием ферментов разнообразным химическим превращениям, носят название субстратов. [c.189]

При разработке проблем динамической биохимии и обмена веществ, как правило, сталкиваются с действием биологических катализаторов — ферментов. Высокая скорость течения химических процессов в живых организмах является характерной особенностью процесса обмена веществ между ними и окружающей их средой. Высокомолекулярные органические составные части тканей и органов точно так же, как составные части пищи, подвергаются многочисленным превращениям в организме с помощью ферментов. Материалистический подход к оценке ферментов, к изучению их действия и их химической природы, наметившийся уже в конце XVIII в., отбросил фантастическое представление о сущности действия ферментов. Существовавшее идеалистическое представление о ферментах как о божественном начале было опровергнуто ходом развития биохимии. В борьбе между виталистическим и материалистическим представлениями о ферментах к концу XIX в. восторжествовало материалистическое представление. Ферменты стали рассматривать как вещества белковой природы, обладающие свойствами катализаторов. Их стали выделять из живых организмов, изучать механизм их действия, а также пути возникновения их в организмах. [c.11]